智能科学导论第2章

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再其次，理性行为不一定要依据理性思维 进行。例如，对有些事情，即使理性思维 无法证明哪些行为是正确的，而其它行为 是错误的，理性行为也必须有所行动。
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何谓人工智能 总结
上述4种方法 人们都有人做了很多工作，当然在以人为中心 的方法和以理性为中心的方法之间也存在着一 定的争议。 例如：以人为中心的方法是一种经验科学，它 需要涉及到很多假设和实验证实。 以理性为中心的方法则涉及到把数学与工程相 结合。
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认知科学
认知科学（思维科学）是研究人类感知和思 维信息处理过程的一门学科，其主要研究目 的就是要说明和解释人类在完成认知活动时 是如何进行信息加工的 认知科学也是人工智能的重要理论基础，对 人工智能发展起着根本性的作用。 从认知观点看，AI应同时开展对逻辑思维、 形象思维和灵感思维的研究。
（3） 理性思维方法
理性思维方法亦称为思维法则方法，它是一 种基于逻辑推理定义智能的方法。 典型代表是查尼艾克（E.Charniak）和麦克 德莫特（D.McDermott）于1985年提出的定义： 人工智能是通过计算模型的使用来进行心智能 力研究的。
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计算模型主要是指能“正确思维”的逻辑学 模型。古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle） 是首先严格定义“正确思维”的人之一，他将 其定义为“不能辩驳的推理过程”。 例如，三段论推理方法。 理性思维方法正是人工智能领域中所谓的逻 辑主义观点，他们希望通过编制逻辑程序来建 造智能系统。
④ 行为能力（表达能力）
含义：是人们对感知到的外界信息作出动作 反应的能力。 信息来源：由感知直接获得的外界信息经过 思维加工后的信息。 实现过程：通过脊髓来控制由语言、表情、 体姿等来实现 。
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2、自然智能
人类的自然智能（简称智能）：指人类在认 识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表 现出的综合能力。 自然智能：指人类和一些动物所具有的智力 和行为能力。
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脑与认知（图中的“认知与谋略”）是 显然的结论 整个人体系统这个“万物之灵”的核心。
认知 信息 神经/通信
谋略（目的） 知识 智能策略 神经/通信
信息 感官/感测
行为
问题/环境
动官/控制
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研究认知过程的任务
探求高层次思维决策与初级信息处理的关系， 并用计算机程序来模拟人的思维策略水平，而 用计算机语言模拟人的初级信息处理过程。
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人工智能的一般解释
从能力的角度：人工智能是指用人工的方 法在机器（计算机）上实现的智能。 从学科的角度：人工智能是一门研究如何 构造智能机器或智能系统，去模拟、延伸 和扩展人类智能的学科。
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智能系统，具有上述能力的系统。 人工智能系统，指：人造的智能系统，也 称为“智能机器”。 人工智能系统举例：医疗专家，博弈机， 智能机器人….
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理性行为方法与理性思维方法的关系：
首先，理性行为和理性思维强调的重点不同。 理性思维方法强调的是正确思维，而理性行为 方法强调的则是理性行动。
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其次，理性行为可以依据理性思维进行。 例如，对一些能够通过理性思维能够做出 正确结论的事情，实现理性行为的途径往 往是先通过逻辑推理得出该行为能达到的 目标和结论，然后再付诸实施。
智者
询问者
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3、人工智能与自然智能的关系是什么？
自然智能系统：原型系统。 人工智能系统：模拟系统。
模拟：照猫画虎？青出于蓝而胜于蓝？
研究自然系统的奥妙，可启示人工系统的模 拟方法； 研究人工系统的实现，可以深化对原型系统 地认识。 两者紧密结合，可以相互促进。
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重点
• 智能、人工智能与自然智能
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对智能还没有确切的定义，主要流派有：
（1）思维理论：智能的核心是思维;
（ 2 ）知识阈值理论：智能取决于知识的数
量及一般化程度；
（3）进化理论：用控制取代知识的表示。
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智能是知识与智力的总和。
知识是一切智能行为的基础 获取知识并应用知识求解 问题的能力
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具体指：给定问题、约束、目标的条件下， 有针对性地获取相关信息、从中提取必要的 知识、生成正确的策略、成功地解决问题、 满足给定约束、达到预定目的的能力。
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记忆与思维能力 对感知到的外界信息和由思维产生的 内部知识的存储过程 对记忆的信息的认识过程 逻辑思维 形象思维 顿悟思维
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逻辑思维（抽象思维）：根据逻辑规则对 信息和知识进行处理的理性思维方式。 例如，逻辑推理等 特点：思维过程是串行的。 容易形式化。 思维过程具有严密性、可靠性。
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2.2
脑与认知科学是智能科学的基础
智能的载体：
人类智能基础：脑和神经系统
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1、脑
脑的涵义 • 从狭义方面，脑是指中枢神经系统，有时特 指大脑； • 从广义方面，脑可泛指整个神经系统。人工 智能是从广义角度来理解脑科学的。 脑的复杂度：人脑是由巨量神经元经其突触 的广泛并行互联所形成的一个巨复杂系统， 是自然界中最复杂、最高级的智能系统。
•
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如果还需要测试被测对象利用视频信号的 感知能力和传递接受物体的行为能力，即 所谓的完全图灵测试，则计算机还应该具 有如下能力： ⑤计算机视觉：可以感知物体。 ⑥机器人技术：可以操纵和移动物体。
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类人行为方法
Turing测试
能分辨出来的概 率小于50%吗？
被测机器
测试主持人
被测人
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这种方法存在两个主要问题：第一，非形式 的知识用形式的逻辑符号表示不易实现，尤其 是对不确定的知识；第二，原则上可以解决的 问题与实际解决问题之间存在较大差异，需要 考虑推理过程的控制。
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（4）理性行为方法
理性行为方法亦称为理性智能体方法，它是 一种基于智能体定义智能的方法。 典型代表是尼尔森（N.J.Nilsson）于1998年提 出的定义：人工智能关心的是人工制品中的智 能行为。 这里的人工制品主要是指能够感知环境、适 应变化、自主操作、执行动作的理性智能体 （Agent）。
（神经系统的心理过程） „
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自然智能系统，指：自然进化所造就的智能系统。
人，地球上智能程度最高的自然智能系统； 动物，智能程度较高的自然智能系统； 植物，智能系统较低的自然智能系统； 非生命系统：低智能系统（某些材料）。
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----智能等级和智能空间
人类
高等动物
动物 植物 无机物
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③学习能力和自适应能力：
学习能力：是一个具有特定目的的知识获 取过程是人的一种本能。不同人的学习方 法、能力不同。 学习既可能是自觉的、有意识的，也可能是 不自觉的、无意识的；既可以是有教师指导 的，也可以是通过自己实践的。 自适应能力：是一种通过自我调节适应外 界环境的过程是人的一种本能。不同人的适 应能力不同。 13
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形象思维（直感思维）基于形象概念，根据感 性形象认识材料对客观现象进行处理的一种思 维方式。例如，图像、景物识别等。 特点：依据直觉。
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顿悟思维（灵感思维）：是一种显意识和潜意 识相互作用的思维方式。例如，因灵感而顿时 开窍。 特点 不定期的突发性。 独创性及模糊性。 穿插于形象思维与逻辑思维之中。
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认知科学，研究人类感知和思维信息处理 过程，它把来自人工智能的计算机模型和 来自心理学的实验技术结合起来，试图创 立一种精确而且可检测的人脑思维过程的 工作模型。
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如果能把上述所得到关于思维的足够精确的 模型用计算机程序表示出来，并且该程序的输 入/输出和实时行为能够与人类相一致，那就 说明该程序的某些机制可能是按照人脑思维模 式运行的。
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脑科学：是一门研究脑与心智现象及规律的 科学，其主要目标就是要揭示脑功能的本质， 认识脑与智能的规律，保护脑和创造脑。 脑科学是AI的基础：其任何研究进展都将对 人工智能的研究起到积极的推动作用。
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2、认知
认知：可一般地认为是和情感、动机、意 志相对应的理智或认识过程，或者是为了 一定的目的，在一定的心理结构中进行的 信息加工过程。
思维策略
初级信息处理
计算机程序 计算机语言 计算机硬件 计算机
软件 系统 简单 程序
生理过程 人类认知活动
人类认知活动与计算机的比较
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人类认知过程的工作原理
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----智能的现象 智能(自然智能)问题： 1、人是怎样思考问题的？
例如：树上还有几只鸟？（常识推理）
2、人是怎样横穿马路的？
（常识推理和逻辑问题的形象处理）
3、人是怎样识别景物的？
例如：小孩的妈妈是谁？（形象思维）
4、人是怎样实现感知、学习、思维等的？
（神经系统的心智活动）
5、人是怎样产生情绪、情感的？
第2章 智能科学技术的初步概念
2.1 智能，自然智能，人工智能
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1、 智能的概念
自然界四大奥秘：物质的本质、宇宙的起 源、生命的本质、智能的发生。
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（1）智能的定义
定义智能的困难
从结构上，人脑有1011-12 量级的神经元，广 泛分布并行的巨复杂系统。 从功能上，人脑具有记忆、思维、观察、分 析等能力。 有待于人脑奥秘的揭示，进一步认识。
三代智能机器人DOC 现场表演下棋。
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人工智能的定义
典型的4种定义方法：类人、理性、思维、行为
类人 理性
思维
类人思维 像人一样思考的系统
类人行为
理性思维 理性地思考的系统
行为
理性行为 像人一样行动的系统 理性地行动的系统
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（1）类人思维方法——认知科学
类人思维方法也称为认知模型方法，它是一 种基于人类思维工作原理来定义智能的方法。 典型代表是贝尔曼（Bellman）于1978年提 出的定义：人工智能是那些与人的思维、决策、 问题求解和学习等有关活动的自动化。
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美国心理学家浩斯顿(Houston)等人把认知 归纳为以下5种主要类型： （1） 认知是信息的处理过程； （2）认知是心理上的符号运算； （3）认知是问题求解； （4） 认知是思维； （5） 认知是一组相关的活动，如知觉、记 忆、思维、判断、推理、问题求解、学习、 想象、概念形成及语言使用等。
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一个典型的智能过程
生成策略 提炼知识
引导行为
目的
获取信息
环境-问题-目标
新环境-新问题-新目标
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（2）智能的特征
感知能力：通过视觉、听觉、触觉、嗅觉 等感觉器官感知外部世界的能力，是人类
获得外界信息的基本途径。
80%以上信息通过视觉得到，10%信息通 过听觉得到。
其处理方式有以下两种： 感知--动作方式：对简单、紧急信息 感知--思维--动作方式：对复杂信息
3、人工智能
（Artificial Intelligence ，AI）
1956 年 正 式 提 出 人 工 智 能 （ artificial intelligence, AI）这个术语并把它作为一门 新兴科学的名称。
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2006年人机中国象棋大战
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2007年台北国际发明暨技术交易展览上，第
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（2）类人行为方法
类人行为方法也称为图灵测试方法，它是一 种基于人类自身的智能去定义一个机器或系统 是否具有智能的方法。 典型代表是库兹韦勒（Kurzweil）于1990年 提出的定义：人工智能是一种创建机器的技艺， 这种机器能够执行需要人的智能才能完成的功 能。
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按照图灵测试要求，一台计算机要能够通过， 至少应该具有以下能力： ①自然语言处理：实现用自然语言与计算机的 交流。 ②知识表示：存储它所知道的或听到的知识或 信息。 ③自动推理：运用存储的知识或信息来回答问 题，并提取新的结论。 ④机器学习：能适应新的环境，并能自我获取 新的知识。
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“脑与认知”的作用：举例
脑：思维器官 眼耳鼻舌身：感觉器官 神经系统：传导网络
手脚语言系统：效应器官
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“脑与认知”的作用：原理
头脑 / 狭义智能
认知 信息 神经/通信 谋略（目的） 知识 智能策略 神经/通信
信息 感官/感测
行为
问题/环境
动官/控制
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显然的结论
人作为一个整体，具有认识世界和改造世界 的能力。 这是一个不可分割的有机整体，各个部分缺 一不可。 “有机整体”的意思：整体不是各个部分的 简单相加，而是各个部分之间相互联系相互 作用和协同的结果。 然而，这也不等于说，各个部分在整体中的 作用都是完全平等的。